DE4239681A1 - Stufenlos wirkender Türfeststeller, insbesondere für eine Fahrzeugtür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen stufenlos wirkender Türfeststeller, insbeson­ dere für eine Fahrzeugtür, gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, der sich gegenüber der Haltekraft durch vergleichsweise geringe Verstell­ kräfte auszeichnet.

Durch die DE-PS 36 42 442 C1 ist ein gattungsgemäßer Türdämpfer und Tür­ feststeller für eine Kraftfahrzeugtür bekannt. Er verwendet zwischen der Fahrzeugtür und der Karosserie eine Kolben-Zylinder-Einheit derart, daß bei einer Türbewegung eine Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder er­ folgt. Im Kolben, der den geschlossenen Zylinder in zwei Kammern unter­ teilt, sind wenigstens zwei Überströmöffnungen für das Arbeitsmedium vorgesehen, die mit entgegengesetzt wirkenden Überdruckventilen ausgestattet sind.

Die durch Federn vorgespannten Überdruckventile, vorzugsweise federbe­ lastete Kugeln, bestimmen im Verhältnis zum abgedichteten Querschnitt der Überströmöffnung die Haltekraft. Erst nach Überwindung der Haltekraft ist eine Verstellung der Tür möglich, d. h., die Verstellkraft muß stets größer als die Haltekraft sein.

Eine solche Systemkennlinie ist sehr ungünstig, weil sie den Bedürfnissen der Benutzer widerspricht. Der Benutzer erwartet stets eine leichtgängige Handhabung mit geringem Kraftaufwand. Insbesondere schnell auszuführenden Verstellbewegungen wird aber durch die voran beschriebene Lösung ein wachsender Widerstand entgegengesetzt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen stufenlos wirkenden Türfeststeller zu entwickeln, dessen Haltekraft wesentlich größer als die Verstellkraft ist. Er soll so aufgebaut sein, daß das Verhältnis von Halte­ kraft und Verstellkraft und die Haltekraft an sich in einem weiten Bereich an gegebene Bedingungen bzw. gewünschte Vorgaben anpaßbar sind. Darüber hinaus soll sich die Vorrichtung durch einen einfachen Aufbau auszeichnen und für das Unwirksamschalten der Haltekraft keine zusätzlichen technischen Mittel erfordern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach weist die in Längsachse des Strömungsweges projizierte Fläche des im größeren Durchmesserbereich des Strömungsweges angeordneten und feder­ elastisch vorgespannten Verschlußteils einen größeren Inhalt auf, als die projizierte Fläche einer hypothetischen Kugel, deren Orthogonalen 1 auf den Tangenten 2 an der Stelle des Verschlußquerschnitts mit der Längsachse 40 einen Winkel α einschließen, der mindestens so groß wie der Reibwin­ kel ρ zwischen den Materialien von hypothetischer Kugel 3 und Verschluß­ querschnitt unter Berücksichtigung des Einflusses des Arbeitsmediums ist.

Zur Anwendung der Erfindung für eine Tür in einem Kraftfahrzeug beträgt die Fläche des zu verschließenden Querschnitts im Strömungsweg des Kolbens vor­ zugsweise nur 1/100 bis 1/50 der projizierten Fläche des Verschlußteils. Das Verschlußteil des Sperrventils füllt den freien Querschnitt des Strömungsweges im Bereich größeren Durchmessers weitestgehend aus, was eine gute Führung gewährleistet.

Andererseits sollte der noch verbleibende Strömungsquerschnitt in der Größenordnung des zu verschließenden Querschnitts im Strömungsweg (Bereich kleineren Durchmessers) liegen. Dem Fachmann ist klar, daß für eine exakte Dimensionierung des Türfeststellers die komplexen Strömungsverhältnisse und insbesondere die Druckverlustverhältnisse in den einzelnen Abschnitten des Strömungsweges berücksichtigt werden müssen.

Die Erfindung erlaubt die Ausführung von zwei prinzipiellen Varianten: Zum einen können entgegengesetzt gerichtete Strömungswege separat angeordnet sein, zum anderen ist aber auch die Integration dieser Strömungswege in eine gemeinsame Achse, vorzugsweise in die Achse des Kolbens, möglich.

Durch Verwendung mehrerer erfindungsgemäß ausgebildeter bzw. ausgerüsteter Strömungswege mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten und/oder unter­ schiedlich stark federelastisch vorgespannten Sperrventilen kann eine rich­ tungsabhängige Türverstellkennlinie erzeugt bzw. auf die Dämpfungsei­ genschaften Einfluß genommen werden. Auch die Auswahl eines Arbeitsmediums mit geeigneter Viskosität hat auf die notwendigen Verstellkräfte Einfluß. Wird eine möglichst große Differenz zwischen Haltekraft (die nicht viskositätsabhängig ist) und Verstellkraft angestrebt, so empfiehlt sich die Verwendung einer möglichst niederviskosen Flüssigkeit.

Gase sind als Arbeitsmedium wegen ihre Kompressibilität nur bedingt ge­ eignet. Jedoch kann es durch die Kombination von Flüssigkeit und Gas beson­ ders in den Endlagen der Türverstellung zu erwünschten Effekten kommen. So ist beispielsweise der Öffnungs- bzw. Schließvorgang in seiner Anfangsphase bzw. Endphase besonders leichtgängig gestaltbar.

Die oben erwähnte Integration der Strömungswege läßt sich dadurch erreichen, daß der Kolben hohl ausgebildet wird. In seinen Böden befinden sich axial angeordnete Öffnungen, die vom Kolbeninneren her durch Sperrven­ tile verschließbar sind. Die Sperrventile selbst weisen jeweils entgegenge­ setzt wirkende Rückschlagsventile auf , die axiale Öffnungen in den Sperr­ ventilen verschießen. Dabei sind die Öffnungen im Boden des Kolbens größer als die Öffnungen in den Sperrventilen ausgebildet.

Um eine Überbestimmung der Führung der Verschlußteile und damit Unsicher­ heiten für einen idealen Verschluß zu vermeiden kann es vorteilhaft sein, das Verschlußteil körperlich zu trennen, und zwar in ein relativ kleines, den Verschluß des Strömungsweges kleineren Durchmessers übernehmendes Ele­ ment (z. B. eine Kugel) und ein sich daran anschließendes Element, dessen projizierte Fläche größer ist als die einer oben beschriebenen hypothetischen Kugel und das in Richtung des Verschlußquerschnittes elastisch vorgespannt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Bedingungen für einen Türfeststeller

Fig. 2 Türfeststeller mit einem gemeinsamen Strömungsweg im Kolben

Fig. 3 vergrößerter Ausschnitt des Kolbens gemäß Fig. 2

Fig. 4 Türfeststeller mit zwei separaten Strömungswegen im Kolben

Fig. 5 vergrößerter Ausschnitt im Kolbenbereich gemäß Fig. 4, jedoch mit kegligen Verschlußflächen des Verschlußteils.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Türfeststellers, dessen Haltekraft größer als die Verstellkraft ist, zeigt Fig. 1. Die Kugel 3 wird von einer nicht dargestellten Feder gegen den Verschlußquerschnitt am Übergang vom Strö­ mungsweg 4 kleineren Durchmessers zum Strömungsweg 5 größeren Durchmessers gedrückt, solange die Vorspannkraft der Feder nicht durch eine Gegenkraft infolge des erhöhten Druckes in der sich an den Strömungsweg 4 an­ schließenden Zylinderkammer 81, 82 überwunden wird. Ein Durchströmen des Arbeitsmittels ist nur in die Richtung 50 möglich, da der Ventilaufbau dem eines Rückschlagventils entspricht.

Wesentlich für einen guten Verschluß sind die Reibungsverhältnisse zwischen dem Verschlußteil (hier: Kugel 3) und dem Verschlußbereich am Rand des Strömungskanals 4. Der Grenzbereich zwischen einem labilen und einem stabi­ len Verschluß ist dann gegeben, wenn die Orthogonalen 1 auf den Tangenten 2 des Verschlußteils 3 an der ringartigen Verschlußfläche des Strömungsweges 4 mit der Längsachse 40 einen Winkel α einschließen, der genau dem Reibwin­ kel ρ der sich berührenden Verschlußteile entspricht. Da das Arbeitsmittel des Türfeststellers die Reibungsverhältnisse beeinflußt, ist dies bei der Beurteilung zu berücksichtigen.

Der erfindungsgemäße Türfeststeller verwendet ein im Strömungsweg 5 größeren Durchmessers angeordnetes Verschlußteil 31, dessen in der Längsachse des Strömungsweges 5 projizierte Fläche größer ist als die projizierte Fläche einer hypothetischen Kugel 3, deren Orthogonalen 1 auf den an der Stelle des Verschlußquerschnitts mit der Längsachse einen Winkel α größer oder gleich dem Reibwinkel ρ einschließen.

Hierdurch wird nicht nur ein hinreichend zuverlässiger Verschluß des Strö­ mungsweges 4 gewährleistet, es wird gleichzeitig sichergestellt, daß die projizierte Fläche des Verschlußteils 31 viel größer ist als die Quer­ schnittsfläche des Strömungsweges 4. Dies ist Voraussetzung für das Eintre­ ten der erfindungsgemäßen Wirkungen.

Während des Verschlusses des Strömungsweges 4 wirkt auf das Verschlußteil 31 (siehe Fig. 2 und 3) der Druck des Arbeitsmittels und erzeugt ent­ sprechend der Querschnittsfläche des Strömungsweges 4 eine der Federkraft der Feder 9 entgegengerichtete Kraft. Mit Überwindung der Federkraft wird die maximale Haltekraft des Türfeststellers erreicht und gleichzeitig über­ wunden, da nunmehr der Druck des Arbeitsmediums auf eine sehr viel größere Fläche des Verschlußteils 31 wirkt. Diese Fläche entspricht der in Strö­ mungsrichtung projizierten Fläche des Verschlußteils 31 und ist annährend so groß wie der Querschnitte des Strömungsweges 5 größeren Durchmessers. Das Arbeitsmedium umströmt das Verschlußteil 31 durch den Ringspalt zwi­ schen Kolbenmantel 62 und äußeren Ring 313 des Verschlußteils 31, dessen Querschnittsfläche in etwa der des Strömungsweges 4 entspricht.

Einen gemeinsamen Strömungsweg für das Arbeitsmedium besitzt die in Fig. 2 dargestellte Variante eines Türfeststellers, d. h., der Strömungsweg kann in beide Richtungen durchströmt werden. Dazu ist der Kolben 6 mit einem Hohlraum versehen, der mittels gegenüberliegender Strömungswege 4 in den Kolbenböden 61 mit den jeweiligen angrenzenden Kammern 81, 82 des geschlos­ senen Zylinders 8 in Verbindung steht.

Um Leckströmungen zu vermeiden ist zwischen der Mantelfläche des Zylinders 8 und dem Kolbenmantel 62 eine Dichtung 10 vorgesehen.

Den gegenüberliegenden Bodenöffnungen sind gleichartig ausgebildete, jedoch entgegengesetzt wirkende Verschlußteile zugeordnet. Sie weisen im Ver­ schlußbereich des Strömungsweges 4 konvex ausgebildete Wölbungen auf, die den Bedingungen des Anspruchs 1 genügen. Damit verbunden sind zwei zylin­ derförmig ausgebildete Ringe 311 und 313, wobei der äußere Ring 313 im Zu­ sammenwirken mit der Innenfläche des Zylindermantels 62 die Führung des Verschlußteils übernimmt und der innere Ring 311 ein Rückschlagventil 30, vorzugsweise einen Duckbill, hält. Zwischen beiden Ringen 311, 313 lagert eine Schraubenfeder 9, die die Verschlußteile 31 auseinander und gegen die Verschlußöffnungen der Strömungswege 4 drückt.

Der innere Ring 311 begrenzt aber auch einen Strömungsweg, der sich in die Ausströmöffnung 300 fortsetzt. Über diese Ausströmöffnung 300 ist ein Ein­ treten des Arbeitsmediums nicht möglich, da die in den beiden Verschlußtei­ len 31 entgegengesetzt gerichtet angeordneten (entgegengesetzt wirkenden) Rückschlagventile 30 nur eine Strömungsrichtung zulassen. Die Ausströmöff­ nung 300 ist in der konvex ausgebildeten Wölbung des Verschlußteils 31 an­ geordnet und ragt in den Strömungsweg 4 begrenzt hinein. Dabei überspannt die Verschlußöffnung des Strömungsweges 4 die Austrittsöffnung 300 voll­ ständig.

Der Vorteil dieser Bauweise besteht in der Nutzbarmachung nahezu des ge­ samten Kolbenquerschnitts, was zu einer sehr guten Anpaßbarkeit von Ver­ stellkraft und Haltekraft an unterschiedlichste Bedingungen führt. So kann beispielsweise das Querschnittsverhältnis zwischen dem Strömungsweg 4 und der in Richtung 5 des Strömungsweges 4 projizierten Fläche des Verschluß­ teils 31 in einem sehr weiten Bereich variieren; es beträgt vorzugsweise 1/50 bis 1/500. Aber auch die unterschiedliche Dimensionierung der Quer­ schnitte der Strömungswege 4 des einen und des anderen Kolbenbodens 61 sowie der zugehörigen Ausströmöffungen 300 wie auch der Ringspalte zwischen dem Kolbenmantel 62 und den äußeren Ringen 313 der Verschlußteile 31 geben vielfältige Möglichkeiten zur asymmetrischen Dimensionierung des Türfest­ stellers, wodurch in Abhängigkeit der Verstellrichtung jeweils unter­ schiedlich große Halte- und Verstellkräfte erzeugt werden können.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform verwendet in separaten Strömungswegen 5 entgegengesetzt wirkende Rückschlagventile, die aus einem dem Strömungsweg 4 zugeordneten Verschlußteil 32, 33 und einem ge­ genüberliegend angeordneten Stützelement 301 sowie einer sich zwischen bei­ den abstützenden Feder 91, 92 bestehen. Während das Verschlußteil 32 im Be­ reich der Verschlußöffnung konvex gewölbt ausgebildet ist, besitzt das Ver­ schlußteil 33 (siehe Fig. 5) eine kegelförmige Kontur. Um eine gute Führung und einen geringen Platzbedarf zu gewährleisten nehmen die Ver­ schlußteile 32, 33 die Federn 91, 92 in ihrem Inneren weitestgehend auf. Das Abstützelement 301 kann ein schraubbares oder clipbares Teil sein. Auf je­ den Fall aber muß es eine Überströmöffnung 302 für das Arbeitsmedium auf­ weisen.

Fig. 4 zeigt einen Türfeststeller, dessen geschlossener Zylinder vom Zy­ lindermantel 16 und Zylinderdeckeln 17, 18 gebildet wird. Die Zylinderdeckel besitzen Nuten zur Aufnahme der Dichtungen 12, 13. Die Abdichtung der Kol­ benstange 7 gegenüber den Zylinderdeckel 18 erfolgt über spezielle Dichtungen 14, 15.

Zur Befestigung des Türfeststellers ist ein Halteelement (Haltewinkel 19) vorgesehen, das einerseits den Zylinder schwenkbar zur Ausführung von Aus­ gleichsbewegungen aufnimmt und andererseits am Türblech befestigt ist. Die Kolbenstange 7 wird über die Befestigungsstelle 20 mit der A- oder B-Säule der Fahrzeugkarosserie verbunden.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsvariante verwendet ein Verschluß­ teil, das aus dem kugelförmigem Verschlußelement 34a und dem zylinderförmi­ gem Verschlußelement 34b besteht. Zwischen den Strömungswegen 4 und 5 wurde ein zusätzlicher mittlerer Strömungsweg 5a angeordnet, der ausschließlich der Zentrierung der Kugel 34a dient. Das im Strömungsweg 5 größeren Durch­ messers lagernde zylinderförmige Verschlußelement 34b steht unter Vorspan­ nung der Feder 91 und mit der Kugel 34a in loser Verbindung.

Dieser Aufbau vermeidet eventuelle negative Wirkungen aus einer Überbe­ stimmtheit bei der Führung der Verschlußteile. Im übrigen ist die Wirkungs­ weise den der voranbeschriebenen Ausführungsbeispielen analog.

Die Eigenschaften des Türfeststellers lassen sich aber auch durch gezielte Auswahl der Viskosität des Arbeitsmediums beeinflussen. Für die Verwendung in Kraftfahrzeugen sind niederviskose Flüssigkeiten günstig, da sie eine größere Differenz von Halte- und Verstellkraft erlauben.

Besondere Effekte können durch die zusätzliche Verwendung von Gasen als Ar­ beitsmedium erzielt werden. Die Kombination von Flüssigkeiten und Gasen er­ fordert zwar oft konstruktive Anpassungen, führt aber in den Endlagenbe­ reichen des Türfeststellers zu sprunghaften Veränderungen seiner Eigen­ schaften.

So kann die Kompressibilität des Gases beispielsweise dazu genutzt werden, die Kraft beim Türöffnen über einen gewissen Weg langsam ansteigen zu las­ sen. Dies kommt dem ergonomischen Empfinden des Benutzers entgegen.

Bezugszeichen

  1 Orthogonale
 10 Dichtung
 11 Dichtung
 12 Dichtung
 13 Dichtung
 14 Dichtung
 15 Dichtung
 16 Zylindermantel
 17 Zylinderdeckel
 18 Zylinderdeckel
 19 Haltewinkel für Zylinder (am Türblech)
 2 Tangente (an Kugel bzw. Verschlußteil im Bereich des Verschlußquer­ schnitts)
 20 Befestigungsstelle an A- bzw. B-Säule der Fahrzeugkarosserie
  3 Kugel
 30 Rückschlagventil, Duckbill
 31 Verschlußteil
 32 Verschlußteil
 33 Verschlußteil
 34a Verschlußelement (Kugel)
 34b Verschlußelement (Zylinder)
300 Ausströmöffnung
301 Stützelement → Schraube, clipbares Teil
302 Überströmöffnung
311 innerer Ring des Verschlußteils
312 Ringnut
313 äußerer Ring des Verschlußteils
  4 Strömungsweg kleineren Durchmessers
 40 Längsachse
  5 Strömungsweg größeren Durchmessers
  5a Strömungsweg mittleren Durchmessers
 50 Strömungsrichtung
  6 Kolben
 61 Kolbenboden
 62 Kolbenmantel
  7 Kolbenstange
  8 Zylinder (geschlossen)
 81 Kammer
 82 Kammer
  9 Feder
 91 Feder
 92 Feder
α Winkel zwischen den Tangenten 1 und 2
ρ Reibwinkel

Claims (10)

1. Stufenlos wirkender Türfeststeller, insbesondere für eine Fahr­ zeugtür, mit einer Kolben-Zylinder-Einheit zwischen der Tür und einem Rah­ men, wobei der beidseitig geschlossene Zylinder durch wenigstens einen Kol­ ben in wenigstens zwei Kammern geteilt ist und wobei die Kolbenstange dichtend aus dem Zylinderboden herausgeführt ist, und unter Verwendung eines Arbeitsmediums, das einen im Kolben vorgesehenen Strömungsweg zwi­ schen den Kammern des Zylinders passieren kann, wobei der Strömungsweg in mindestens zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers unterteilt und im federelastisch vorgespanntes Verschlußteil im Bereich größeren Durchmessers des Strömungsweges angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsachse (40) des Strömungsweges (4, 5) projizierte Fläche des Verschlußteils (31, 32, 33) größer ist als die projizierte Fläche einer hypothetischen Kugel (3), deren Orthogonalen (1) auf den Tangenten (2) an der Stelle des Verschlußquerschnitts mit der Längsachse (40) einen Winkel α einschließen, der mindestens so groß wie der Reibwinkel ρ zwischen den Materialien von hypothetischen Kugel (3) und Verschlußquerschnitt unter Berücksichtigung des Einflusses des Arbeitsmediums ist.

2. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (6) hohl ausgebildet ist und in seinen Böden (61) axial angeordnete Öffnungen vorgesehen sind und daß diese Öffnungen von innerhalb des Kolbens (6) befindlichen Verschlußteilen (31) verschließ­ bar sind, die jeweils entgegengesetzt wirkende Rückschlagventile (30) auf­ weisen, und ihrerseits axiale Ausströmöffnungen (300) der Verschlußteile (31) verschließen, wobei die Öffnungen im Boden (61) des Kolbens (6) größer als die Ausströmöffnungen (300) im Verschlußteil (31) sind.

3. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Öffnung im Boden (61) des Kolbens (6) 1/50 bis 1/500 der projizierten Fläche des Verschlußteils (31) beträgt.

4. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die projizierte Fläche des Verstellteils (31) den freien Querschnitt des Kolbens (6) weitestgehend ausfüllt, so daß einer­ seits die vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Verschlußteile (31) ge­ führt sind und andererseits ein noch ausreichender Strömungsquerschnitt vorhanden ist, der etwa die Größe einer axialen Öffnung im Boden (61) des Kolbens (6) aufweist.

5. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rückschlagventil im Verschlußteil (31) ein Duckbill (30) ist.

6. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verschlußteile (31) durch eine gemeinsame Feder (9) vorgespannt sind.

7. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens zwei entgegengesetzt wirkenden Rückschlagven­ tile in separaten Strömungswegen eines Kolbens (6) angeordnet sind.

8. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strömungsweg in einen Bereich (4) keinen Durchmes­ sers, einen Bereich (5a) mittleren Durchmessers und einen Bereich (5) großen Durchmessers abgestuft ist, wobei eine Kugel (34a) innerhalb des Be­ reichs (5a) zentriert lagert, um den Strömungsweg (4) kleineren Durchmes­ sers abzudichten, und daß im Bereich (5) ein Zylinder (34b) lagert, der mit der Kugel (34a) lose in Verbindung steht und von einer Feder (91) in Rich­ tung der Kugel (34a) vorgespannt ist.

9. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Arbeitsmedium eine niederviskose Flüssigkeit verwen­ det wird.

10. Stufenlos wirkender Türfeststeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Arbeitsmedium zur Veränderung der Eigenschaften des Türfeststellers im Endlagenbereich eine entsprechende Menge eines Gases enthält.